水处理工程设计包括工艺设计和水力设计两部分，国内外都对工艺设计进行了广泛的研究。本文查阅了大量的水处理工程资料，发现有关这方面水力计算的资料极为缺乏。 本文首先论述了课题提出的背景和意义，指出影响升流式厌氧污泥床(UASB)处理效果的因素，其中布水器的均匀布水和三相分离器的分离效果直接影响处理效果。论文是从水力学方面考虑，旨在通过改进布水性能和分析整个流场来揭示反应器内的水流特征，为优化设计提供一定的依据，并且总结了UASB发展现状和新型结构。 本文主要分为两大部分，第一部分为UASB布水器的水力计算，主要根据有限元法建立线性代数方程组，利用赛德尔迭代法进行了计算。为了布水均匀，设每个孔口的出流量相同，计算得到孔口的水头，根据孔口出流公式，从而得到孔口直径和各管段的直径。基本原理是参照环状管网的计算方法，在主要考虑局部阻力的情况下，采用有限元法计算了当已知处理废水量时，布水器各管段和孔口的直径，以达到布水均匀的目的。厌氧反应器UASB在实际运行中，其底部的布水器经常出现堵塞，从而造成了配水情况达不到设计要求。为了提高处理效果，针对工程中布水器的结构特点，本文指出了尺寸结构上存在的不足。根据市政工程中环状管网的水力计算原理，并考虑布水器所必须涉及的局部阻力，利用有限单元法进行水力计算。文中的计算方法为水处理工程提供了布水器的设计依据和更为合理的结构尺寸。 第二部分为针对该型布水器的UASB内部流场的数值计算。第二部分是在的一部分的基础之上进行的。本文系统地介绍了数值计算中的各种方法，主要有有限体积法、自适应网格、有限分析法、有限元法等。并且介绍了有限差分法的历史及在环境工程中的应用。阐述了初始条件确定的原则，分不定常和定常两种情况，指出各种线性方程组的求解方法。列举了各种边界条件的处理原则和方法，着重论述了固体壁面上的涡量边界条件。网格的划分也是计算流体力学的一个重点，分析了各种方法的优缺点，提出UASB网格划分的方法，采用正方形网格能较好的满足计算精度。最后根据本文的特殊情况，首先选定柱坐标系为计算坐标系，这样虽然使得基本方程变得复杂，但却将问题由三维减少到二维，大大地减轻了处理问题 郑州大学硕士学位论文 的负担。然后采用流函数、涡量为基本变量，通过推导流函数方程和涡量 传输方程，最后选择采用传统的有限差分法对方程进行离散，离散后的方 程组应用欠松驰迭代法进行求解。 固体壁面的涡量处理是这一方法的一大难点，通过壁面点对邻近结点 的泰勒展开，推导出壁面涡量计算公式。 基本数学模型是 8“y6“V IDyn ＝＝十J＝二＝＝＋r山 ＆‘和‘厂 和 16W8Q lbW6Q＿16w＿（“DlbQ QD‘OI 二 ：：： ：：：一二 ＝n ＝＝ Q一 ；＝ ＝n O＝yi ＝＝＋二 ＝：：一 －－－＋＝＝l r＆ar r和 ＆r‘＆l旷r和r’＆’J 将上面两式应用中心差分格式离散得到 门。；＿。。；hi。＿；。＼，＿。＿；l ／，二TD／L＋W：；。十／，；＋V：；一＿…厂；一叭；卜叩“Q厂0 4’‘’‘”‘’‘’”‘”‘”’‘””‘”’2”””‘’“”’‘’‘””’l Ih“hi。。＼hill＿。；－，一 q’。一卜（1十一了）一＿…f，＋；一／；；）1 仆I叫Q厂：；＋Q二。＋q’，； I”4r“”sr“””“”‘’‘’“”1114’ ＿＿；＼hi＿。；＿。、＼11 ［l。。V＿。；＿．＼ ＋Q：；卜二二p：。一q，川一＿卜什‘，＿；一W二．；JQ：，一q ＊ 8厂’‘”‘”“’－’”‘“if 6）’“’”‘’“”’ l；1））’riP一［tHll 壁面上的涡量计算公式分别是 h“八 ＿…；＋l．；一W；．J …。；．； Q 二－ ＊万向） （＿hi 厂IZ＋二I 飞／、Q； Q；二一辽，牟；一W／于 （ 万向 h“厂”’”””’‘”“”2 求解步骤分三步进行：第一步用上一迭代得到的涡量和流函数计算这 一次的